Векторное представление данных

Основными способами формирования векторного представления дан­ных является дигитализация и векторизация по растру.

Дигитализация (оцифровка) выполняется, как правило, с использо­ванием планшетных устройств ввода плановых координат и может быть реализована в двух режимах: дискретном и непрерывном. При непрерывной дигитализации координаты точек регистрируются либо с постоянным шагом, либо с постоянным интервалом по времени обводки линии. Проблема, с которой приходится здесь сталкиваться заключается в избыточности данных, характеризующих положение объекта. Наиболее экономичным является способ кодирования объектов, при котором фиксируются координаты только характерных точек, таких например, как конечные точки кривой, экстремальные точки и точки максимальной кривизны, точки перегиба, точки сопряжения дуг с различными радиусами кривизны и др. Для прямолинейных линий - это конечные точки прямой, для ломанных линий - точки ее изломов. Для внемасштабных знаков - это главные точки, определяющие их местоположение на карте. Классические кривые линии второго порядка (окружности, эллипсы и т.д.) задаются координатами особых точек (центр, фокус) и величинами необходимых параметров (радиус, угловая величина дуги и т.п.). Положение любой промежуточной точки вычисляется по соответствующим формулам аналитической геометрии, например, уравнениям прямой, окружности и т.д.

В настоящее время известно много различных форматов векторного представления данных, которые предназначены для хранения цифровой картографической информации. Все они отличаются друг от друга сложностью выбранных моделей представления данных и, соответственно, возможностями их использования, манипулирования и анализа. В самых простых форматах содержится информация только о геометрических связях объектов, в более сложных форматах добавляется информация о топологических сущностях объектов и его атрибутах. Приведем краткое описание некоторых из них.

1) Модель данных "спагетти".

Одна из самых простых моделей представления данных в векторном формате

Рисунок 2.1- Структура данных модели "спагетти"

2) Текстовый (АSС11) формат

Достаточно часто В ГИС используют для обмена данными текстовый (ASCII) формат данных. Данные представляются в виде последовательности строк текста, состоящих из заголовка (ключевого слова) и следующего набора цифровых данных, описывающих атрибуты объекта, определенного заголовком. Например, запись может иметь вид:

ТИП ОБЪЕКТА = О

141 141

что означает определение точки внутренними координатами х =141, у =141.

Следует отметить, что в различных ГИС соглашения о правилах формирования ASCII файла могут отличаться друг от друга, поэтому необходимо внимательно знакомится с документацией разработчиков и строго выполнять формальные условия при создании подобных файлов (обращая внимание на табуляцию, наличие пробелов, применение спецсимволов и т.д.). Впрочем, многие ГИС оснащены встроенными преобразователями (конверторами) форматов, что значительно упрощает процедуру обмена данными.

3) Формат ОХР

Файлы в формате ОХР состоят из следующих четырех отдельных секций:

- секция заголовка (HEADER);

- секция таблиц (ТАВLЕ);

- секция блоков (ВLОСКS);

- секция объектов (ЕNТIТIES).

Секция заголовка содержит значения, определяющие рабочие параметры чертежа и его окружения.

В секции таблиц информация разбита на четыре подсекции:

- подсекция тип линий (LINETYPE);

- подсекция слой (LAYER);

- подсекция шрифт (STYLE);

- подсекция вид (VIEW).

В каждой подсекции содержится столько записей, сколько необходимо для поддержки всей имеющейся графической информации. Если в чертеже используется 10 слоев, то в таблице слоев будет 10 записей.

Секция блоков содержит подробную информацию об объектах для всех определенных в чертеже блоков. Эти блоки могут быть образованы при .выполнении операций нанесения размеров, вставки изображения из графических библиотек и т.д.

Каждый блок начинается с имени блока и зафиксированной точки признака данного блока, затем следует список объектов, входящих в этот блок.

В секции объектов содержится список всех активных графических объектов со ссылками на секции блоков и таблиц.

Каждый объект (точка, линия, дуга и т.д.) имеет свой формат описания.

4) Цепочно-узловой формат

Графическая информация в цепочно-узловом формате представляется в виде трех элементов: узлов, звеньев и объектов. Объекты могут быть точечными, линейными и площадными (контурными). Между этими элементами устанавливаются связи на уровне описания имен. Известно несколько модификаций этого формата. Приведем упрощенное описание одного из них.

Файл в данном формате состоит из четырех секций:

- секция точек;

- секция узлов;

- секция звеньев;

- секция объектов.

В секции точек записи имеют структуру: "номер точки, X, Y".

В секции узлов, для каждой точки, являющейся узлом, содержится ее номер и список звеньев к нему примыкающих.

По каждому звену в секции звеньев хранится информация о номерах точек, его составляющих.

В секции объектов каждый объект описывается номерами звеньев, из которых он состоит, и ссылки на запись с его семантикой в атрибутивной базе данных.

Большинство ГИС способно оперировать с несколькими форматами векторных данных, что позволяет осуществлять операции экспорта/им­порта графической информации.

5 Форматы растрового изображения

Наиболее распространенными в настоящее время растровыми форматы представлены в таблице. Растровые данные, которые получаются после сканирования картографической продукции, должны быть структурированы в формате, который обеспечивает возможность быстрого доступа. Это позволяет применять технологии сжатия и расширения для снижения размера работающего файла растра, что имеет важное значение, поскольку несжатое бинарное изображение карты размером 50 х 50 см при разрешении 1000 точек на дюйм составляет более 300 Мб.

Следует отметить, что в настоящее время для сжатия растровых полутоновых изображений наиболее широко используется, так называемый, стандарт JPEG , позволяющий уменьшить объем хранимых данных в тысячи раз, однако при восстановлении информации возникают искажения малозаметные при визуальном наблюдении, но существенно искажающие геометрические свойства изображения, вследствие чего в картографических системах при использовании данного метода, например, для сжатия данных, полученных после сканирования аэрофотоснимков, не удается получить уменьшение объемов информации более, чем в 4-5 раз.